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KR101823605B1 - 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널 - Google Patents

태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널 Download PDF

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KR101823605B1
KR101823605B1 KR1020160163559A KR20160163559A KR101823605B1 KR 101823605 B1 KR101823605 B1 KR 101823605B1 KR 1020160163559 A KR1020160163559 A KR 1020160163559A KR 20160163559 A KR20160163559 A KR 20160163559A KR 101823605 B1 KR101823605 B1 KR 101823605B1
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solar cell
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electrode
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bus bars
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KR1020160163559A
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Inventor
윤필원
장재원
김진성
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 실시예에 따른 태양 전지는, 서로 교차하는 장축 및 단축을 가지는 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 일면에 형성되는 제1 도전형 영역; 상기 반도체 기판의 타면에 형성되는 제2 도전형 영역; 상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 전극은, 상기 장축과 평행한 제1 방향으로 위치하며 서로 평행한 복수의 핑거 라인 및 상기 단축과 평행한 제2 방향으로 위치하는 복수의 패드부를 포함하는 복수의 버스바를 포함한다. 상기 복수의 패드부가 상기 제2 방향에서의 양측에 각기 위치하는 제1 외측 패드 및 제2 외측 패드를 포함한다.

Description

태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널{SOLAR CELL AND SOLAR CELL PANEL INCLUDING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 구조를 개선한 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
이러한 태양 전지는 복수 개가 리본에 의하여 직렬 또는 병렬로 연결되고, 복수의 태양 전지를 보호하기 위한 패키징(packaging) 공정에 의하여 태양 전지 패널의 형태로 제조된다. 태양 전지 패널은 다양한 환경에서 장기간 동안 발전을 하여야 하므로 장기간 신뢰성이 크게 요구된다. 이때, 종래에는 복수의 태양 전지를 리본으로 연결하게 된다.
그런데, 1.5mm 정도의 큰 폭을 가지는 리본을 사용하여 태양 전지를 연결하게 되면, 리본의 큰 폭에 의하여 광 손실 등이 발생할 수 있으므로 태양 전지에 배치되는 리본의 개수를 줄여야 한다. 반면, 캐리어의 이동 거리를 줄이기 위하여 리본의 개수를 증가시키면 저항은 낮아지지만 쉐이딩 손실에 의하여 출력이 크게 저하될 수 있다.
본 발명은 태양 전지 패널의 출력을 향상할 수 있는 태양 전지 및 태양 전지 패널을 제공하고자 한다.
본 실시예에 따른 태양 전지는, 서로 교차하는 장축 및 단축을 가지는 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 일면에 형성되는 제1 도전형 영역; 상기 반도체 기판의 타면에 형성되는 제2 도전형 영역; 상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 전극은, 상기 장축과 평행한 제1 방향으로 위치하며 서로 평행한 복수의 핑거 라인 및 상기 단축과 평행한 제2 방향으로 위치하는 복수의 패드부를 포함하는 복수의 버스바를 포함한다. 상기 복수의 패드부가 상기 제2 방향에서의 양측에 각기 위치하는 제1 외측 패드 및 제2 외측 패드를 포함한다.
본 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 제1 및 제2 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지; 및 상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지를 연결하며 라운드진 부분을 포함하는 복수의 배선재를 포함한다. 상기 복수의 태양 전지 각각은, 서로 교차하는 장축 및 단축을 가지는 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 일면에 형성되는 제1 도전형 영역; 상기 반도체 기판의 타면에 형성되는 제2 도전형 영역; 상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 전극은, 상기 장축과 평행한 제1 방향으로 위치하며 서로 평행한 복수의 핑거 라인 및 상기 단축과 평행한 제2 방향으로 위치하는 복수의 패드부를 포함하는 복수의 버스바를 포함한다. 상기 복수의 패드부가 상기 제2 방향에서의 양측에 각기 위치하는 제1 외측 패드 및 제2 외측 패드를 포함한다. 상기 복수의 배선재가 상기 제2 방향을 따라 연장된다.
본 실시예에 따르면, 얇은 폭의 버스바 및/또는 와이어 형태의 배선재를 사용하여 광 손실을 최소화할 수 있고 버스바 및/또는 배선재의 개수를 늘려 캐리어의 이동 경로를 줄일 수 있다. 이에 의하여 태양 전지의 효율 및 태양 전지 패널의 출력을 향상할 수 있다. 또한, 와이어 형태의 배선재를 사용하여 난반사 등에 의하여 광 손실을 최소화할 수 있고 배선재의 피치를 줄여 캐리어의 이동 경로를 줄일 수 있다. 이에 의하여 태양 전지의 효율 및 태양 전지 패널의 출력을 향상할 수 있다.
특히, 장축과 단축을 가지는 태양 전지에 배선재를 적용하여 태양 전지의 효율 및 태양 전지 패널의 출력을 최대화할 수 있다. 이때, 단축 방향으로 배선재를 배치하고 단축 방향의 양측에 외측 패드를 각기 위치시켜 배선재를 통한 이동 경로를 최소화하고 배선재의 부착 특성을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지 및 이에 연결된 배선재의 일 예를 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 도 1의 태양 전지 패널에 적용될 수 있는 태양 전지를 복수로 포함하는 모 태양 전지를 개략적으로 도시한 전면 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 모 태양 전지를 절단하여 제조된 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 전면 평면도이다.
도 6은 본 발명의 변형예에 따른 태양 전지 패널에 적용될 수 있는 태양 전지를 복수로 포함하는 모 태양 전지를 개략적으로 도시한 전면 평면도이다.
도 7은 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함되며 배선재에 의하여 연결되는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널에서 태양 전지 및 배선재를 도시한 부분 전면 평면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 및 태양 전지 패널을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 개략적인 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)은 복수의 태양 전지(150)와, 복수의 태양 전지(150)를 전기적으로 연결하는 배선재(142)를 포함한다. 그리고 태양 전지 패널(100)은 복수의 태양 전지(150)와 이를 연결하는 배선재(142)를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉재(130)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(150)의 전면에 위치하는 전면 기판(110)과, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(150)의 후면에 위치하는 후면 기판(120)을 포함한다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
먼저, 태양 전지(150)는, 태양 전지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 전기적으로 연결되어 전류를 수집하여 전달하는 전극을 포함할 수 있다. 그리고 복수 개의 태양 전지(150)는 배선재(142)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 배선재(142)는 복수 개의 태양 전지(150) 중에서 이웃한 두 개의 태양 전지(150)를 전기적으로 연결한다.
그리고 버스 리본(145)은 배선재(142)에 의하여 연결되어 하나의 열(列)을 형성하는 태양 전지(150)(즉, 태양 전지 스트링)의 배선재(142)의 양끝단을 교대로 연결한다. 버스 리본(145)은 태양 전지 스트링의 단부에서 이와 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 버스 리본(145)은, 서로 인접하는 태양 전지 스트링들을 연결하거나, 태양 전지 스트링 또는 태양 전지 스트링들을 전류의 역류를 방지하는 정션 박스(미도시)에 연결할 수 있다. 버스 리본(145)의 물질, 형상, 연결 구조 등은 다양하게 변형될 수 있고, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
밀봉재(130)는, 배선재(142)에 의하여 연결된 태양 전지(150)의 전면에 위치하는 제1 밀봉재(131)와, 태양 전지(150)의 후면에 위치하는 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다. 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 수분과 산소의 유입되는 것을 방지하며 태양 전지 패널(100)의 각 요소들을 화학적으로 결합한다. 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)는 투광성 및 접착성을 가지는 절연 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)로 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다. 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)를 이용한 라미네이션 공정 등에 의하여 후면 기판(120), 제2 밀봉재(132), 태양 전지(150), 제1 밀봉재(131), 전면 기판(110)이 일체화되어 태양 전지 패널(100)을 구성할 수 있다.
전면 기판(110)은 제1 밀봉재(131) 상에 위치하여 태양 전지 패널(100)의 전면을 구성하고, 후면 기판(120)은 제2 밀봉재(132) 상에 위치하여 태양 전지(150)의 후면을 구성한다. 전면 기판(110) 및 후면 기판(120)은 각기 외부의 충격, 습기, 자외선 등으로부터 태양 전지(150)를 보호할 수 있는 절연 물질로 구성될 수 있다. 그리고 전면 기판(110)은 광이 투과할 수 있는 투광성 물질로 구성되고, 후면 기판(120)은 투광성 물질, 비투광성 물질, 또는 반사 물질 등으로 구성되는 시트로 구성될 수 있다. 일 예로, 전면 기판(110)이 유리 기판 등으로 구성될 수 있고, 후면 기판(120)이 필름 또는 시트 등으로 구성될 수 있다. 후면 기판(120)은 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입을 가지거나, 또는 베이스 필름(예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET))의 적어도 일면에 형성된 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF) 수지층을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132), 전면 기판(110), 또는 후면 기판(120)이 상술한 설명 이외의 다양한 물질을 포함할 수 있으며 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 전면 기판(110) 또는 후면 기판(120)이 다양한 형태(예를 들어, 기판, 필름, 시트 등) 또는 물질을 가질 수 있다.
도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)에 포함되는 태양 전지(150) 및 이에 연결된 배선재(142)의 일 예를 좀더 상세하게 설명한다.
도 3은 도 1의 태양 전지 패널(100)에 포함되는 태양 전지(150) 및 이에 연결된 배선재(142)의 일 예를 도시한 부분 단면도이다.
도 3을 참조하면, 태양 전지(150)는, 반도체 기판(160)과, 반도체 기판(160)의 일면에 또는 반도체 기판(160)의 일면 위에 형성되는 제1 도전형 영역(20)과, 반도체 기판(160)의 타면에 또는 반도체 기판(160)의 타면 위에 형성되는 제2 도전형 영역(30)과, 제1 도전형 영역(20)에 연결되는 제1 전극(42)과 제2 도전형 영역(30)에 연결되는 제2 전극(44)을 포함한다. 그 외 제1 및 제2 패시베이션막(22, 32), 반사 방지막(24) 등을 더 포함할 수 있다.
반도체 기판(160)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하여 제1 또는 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(10)을 포함할 수 있다. 일 예로, 베이스 영역(10)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 베이스 영역(10)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단일 결정질 반도체(예를 들어, 단일 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(10) 또는 반도체 기판(160)을 기반으로 한 태양 전지(150)는 전기적 특성이 우수하다.
그리고 반도체 기판(160)의 전면 및 후면에는 반사를 최소화할 수 있는 반사 방지 구조가 형성될 수 있다. 일 예로, 반사 방지 구조로 피라미드 등의 형태의 요철을 가지는 텍스쳐링(texturing) 구조를 구비할 수 있다. 반도체 기판(160)에 형성된 텍스쳐링 구조는 반도체의 특정한 결정면(예를 들어, (111)면)을 따라 형성된 외면을 가지는 일정한 형상(일 예로, 피라미드 형상))을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(160)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(160) 내부로 입사되는 광의 반사율을 낮춰 광 손실을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(160)의 일면에만 텍스처링 구조가 형성되거나, 반도체 기판(160)의 전면 및 후면에 텍스처링 구조가 형성되지 않을 수 있다.
반도체 기판(160)의 일면(일 예로, 전면) 쪽에는 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)이 형성될 수 있다. 그리고 반도체 기판(160)의 후면 쪽에는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(30)이 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)은 베이스 영역(10)과 다른 도전형을 가지거나, 베이스 영역(10)과 동일한 도전형일 경우에는 베이스 영역(10)보다 높은 도핑 농도를 가진다.
도면에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 반도체 기판(160)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성된 것을 일 예로 제시하였다. 이 경우에 제1 도전형 영역(20)이 제1 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체(예를 들어, 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 그리고 제2 도전형 영역(30)이 제2 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체(예를 들어, 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 이와 같이 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 반도체 기판(160)의 일부를 구성하면 베이스 영역(10)과의 접합 특성을 향상할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 적어도 하나가 반도체 기판(160)의 위에서 반도체 기판(160)과 별개로 형성될 수 있다. 이 경우에 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30)이 반도체 기판(160) 위에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(160)과 다른 결정 구조를 가지는 반도체층(예를 들어, 비정질 반도체층, 미세 결정 반도체층, 또는 다결정 반도체층, 일 예로, 비정질 실리콘층, 미세 결정 실리콘층 또는 다결정 실리콘층)으로 구성될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(10)과 다른 도전형을 가지는 하나의 영역은 에미터 영역의 적어도 일부를 구성한다. 에미터 영역은 베이스 영역(10)과 pn 접합을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성한다. 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(10)과 동일한 도전형을 가지는 다른 하나는 전계(surface field) 영역의 적어도 일부를 구성한다. 전계 영역은 반도체 기판(160)의 표면에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 전계를 형성한다. 일 예로, 본 실시예에서는 베이스 영역(10)이 제2 도전형을 가져, 제1 도전형 영역(20)이 에미터 영역을 구성하고, 제2 도전형 영역(30)이 후면 전계 영역(back surface field)을 구성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도면에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 전체적으로 형성되며 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조(homogeneous structure)를 가지는 것을 예시하였다. 이에 의하여 충분한 면적에 형성되며 간단한 공정에 의하여 제조될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 도전형 영역(20)이 균일한 구조 또는 선택적 구조(selective structure)일 수 있고, 제2 도전형 영역(30)이 균일한 구조, 선택적 구조 또는 국부적 구조(local structure)일 수 있다. 선택적 구조에서는 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30) 중에서 제1 또는 제2 전극(42, 44)과 인접한 부분에서 높은 도핑 농도, 큰 정션 깊이 및 낮은 저항을 가지며, 그 외의 부분에서 낮은 도핑 농도, 작은 정션 깊이 및 높은 저항을 가질 수 있다. 그리고 국부적 구조에서는 제2 도전형 영역(30)이 제2 전극(44)이 위치한 부분에서만 국부적으로 형성될 수 있다.
일 예로, 본 실시예에서 베이스 영역(10) 및 제2 도전형 영역(30)이 n형을 가지고, 제1 도전형 영역(20)이 p형을 가질 수 있다. 그러면, 베이스 영역(10)과 제1 도전형 영역(20)이 pn 접합을 이룬다. 이러한 pn 접합에 광이 조사되면 광전 효과에 의해 생성된 전자가 반도체 기판(160)의 후면 쪽으로 이동하여 제2 전극(44)에 의하여 수집되고, 정공이 반도체 기판(160)의 전면 쪽으로 이동하여 제1 전극(42)에 의하여 수집된다. 이에 의하여 전기 에너지가 발생한다. 그러면, 전자보다 이동 속도가 느린 정공이 반도체 기판(160)의 후면이 아닌 전면으로 이동하여 효율이 향상될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(10) 및 제2 도전형 영역(30)이 p형을 가지고 제1 도전형 영역(20)이 n형을 가지는 것도 가능하다.
반도체 기판(160)의 표면 위에는 제1 및 제2 패시베이션막(22, 32), 반사 방지막(24) 등의 절연막이 형성될 수 있다. 좀더 구체적으로는, 반도체 기판(160)의 전면 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(160)에 형성된 제1 도전형 영역(20) 위에 재1 패시베이션막(22)이 형성(일 예로, 접촉)되고, 제1 패시베이션막(22) 위에 반사 방지막(24)이 형성(일 예로, 접촉)될 수 있다. 그리고 반도체 기판(160)의 후면 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(160)에 형성된 제2 도전형 영역(30) 위에 제2 패시베이션막(32)이 형성(일 예로, 접촉)될 수 있다.
제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)은 제1 전극(42)에 대응하는 부분(좀더 정확하게는, 제1 개구부(102)가 형성된 부분)을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(160)의 전면 전체에 형성될 수 있다. 이와 유사하게 제2 패시베이션막(32)은 제2 전극(44)에 대응하는 부분(좀더 정확하게는, 제2 개구부(104)가 형성된 부분)을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(160)의 후면 전체에 형성될 수 있다.
제1 패시베이션막(22) 또는 제2 패시베이션막(32)은 반도체 기판(160)에 접촉하여 형성되어 반도체 기판(160)의 전면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(150)의 개방 전압을 증가시킬 수 있다. 반사 방지막(24)은 반도체 기판(160)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시켜 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(150)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다.
제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 및 제2 패시베이션막(32)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 또는 패시베이션막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 탄화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다.
일 예로, 본 실시예에서 제1 패시베이션막(22) 및/또는 반사 방지막(24), 제2 패시베이션막(32)은 우수한 절연 특성, 패시베이션 특성 등을 가질 수 있도록 도펀트 등을 구비하지 않을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(42)은 제1 개구부(102)의 적어도 일부를 채우면서 형성되어 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)되고, 제2 전극(44)은 제2 개구부(104)의 적어도 일부를 채우면서 형성되며 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)된다. 제1 및 제2 전극(42, 44)은 다양한 도전성 물질(일 예로, 금속)으로 구성되며 다양한 형상을 가질 수 있다. 제1 및 제2 전극(42, 44)의 형상에 대해서는 추후에 다시 설명한다.
이와 같이 본 실시예에서는 태양 전지(150)의 제1 및 제2 전극(42, 44)이 일정한 패턴을 가져 태양 전지(150)가 반도체 기판(160)의 전면 및 후면으로 광이 입사될 수 있는 양면 수광형(bi-facial) 구조를 가진다. 이에 의하여 태양 전지(150)에서 사용되는 광량을 증가시켜 태양 전지(150)의 효율 향상에 기여할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 전극(44)이 반도체 기판(160)의 후면 쪽에서 전체적으로 형성되는 구조를 가지는 것도 가능하다. 또한, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30), 그리고 제1 및 제2 전극(42, 44)이 반도체 기판(160)의 일면(일 예로, 후면) 쪽에 함께 위치하는 것도 가능하며, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 적어도 하나가 반도체 기판(160)의 양면에 걸쳐서 형성되는 것도 가능하다. 즉, 상술한 태양 전지(150)는 일 예로 제시한 것에 불과할 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 배선재(142)에 의하여 연결되는 태양 전지(150)가 장축 및 단축을 가지는 모 태양 전지(150a)로부터 절단되어 제조된 단위 태양 전지인 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)로 구성된다. 이하에서는 도 1 내지 도 3과 함께 도 4를 참조하여 복수의 태양 전지(150)를 포함하는 모 태양 전지(150a)를 설명하고 도 5를 참조하여 모 태양 전지(150a)를 절단하여 제조된 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)를 상세하게 설명한다.
도 4는 도 1의 태양 전지 패널(100)에 적용될 수 있는 태양 전지(150)를 복수로 포함하는 모 태양 전지(150a)를 개략적으로 도시한 전면 평면도이고, 도 5는 도 4에 도시한 모 태양 전지(150a)를 절단하여 제조된 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)를 개략적으로 도시한 전면 평면도이다. 간략하고 명확한 도시를 위하여 도 4 및 도 5에서는 반도체 기판(160) 및 제1 전극(42)를 위주로 도시하였다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에서는 하나의 모 태양 전지(150a)을 절단선(CL)을 따라 절단하여 복수의 단위 태양 전지인 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)을 제조한다. 단위 태양 전지인 제1 및 제2 태양 전지(151, 152) 각각이 하나의 태양 전지(150)로 기능하게 된다. 이와 같이 모 태양 전지(150a)를 두 개의 태양 전지(150)로 분리하게 되면, 복수 개의 태양 전지(150)를 연결하여 태양 전지 패널(100)로 만들 때 발생하는 출력 손실(cell to module loss, CTM loss)을 줄일 수 있다.
이를 좀더 상세하게 설명하면, 상술한 출력 손실은 각 태양 전지에서 전류의 제곱에 저항을 곱한 값을 가지게 되고, 복수 개의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 패널의 출력 손실은 상기 각 태양 전지의 전류의 제곱에 저항을 곱한 값에 태양 전지의 개수를 곱한 값을 가지게 된다. 그런데 각 태양 전지의 전류 중에는 태양 전지의 면적 자체에 의하여 발생되는 전류가 있어, 태양 전지의 면적이 커지면 해당 전류도 커지고 태양 전지의 면적이 작아지면 해당 전류도 작아지게 된다.
본 실시예에서와 같이 모 태양 전지(150a)를 절단하여 복수 개의 태양 전지(150)를 만들어서 이를 연결하게 되면, 전류가 면적에 비례하여 줄고 태양 전지(150)의 개수는 이와 반대로 증가하게 된다. 예를 들어, 절단선(CL)이 하나 구비되어 모 태양 전지(150a)로부터 제조된 태양 전지(150)가 두 개인 경우에는 각 태양 전지(150)에서의 전류가 모 태양 전지(150a)의 전류의 2분의 1로 줄게 되고, 태양 전지(150)의 개수가 모 태양 전지(150a)의 두 배가 된다. 상술한 바와 같이 출력 손실에서 전류는 제곱 값으로 반영이 되고 개수는 그대로 반영이 되므로, 전류가 2분의 1로 줄고 개수가 두 배가 되면, 출력 손실 값은 2분의 1로 작아지게 된다. 이에 따라 본 실시예와 같이 모 태양 전지(150a)를 절단하여 복수 개의 태양 전지(150)를 제조하여 이를 이용하여 태양 전지 패널(100)을 제조하게 되면, 태양 전지 패널(100)의 출력 손실을 줄일 수 있다.
본 실시예에서는 기존의 제조 방법에 의하여 모 태양 전지(150a)을 제조한 후에 이를 절단하여 태양 전지(150)의 면적을 줄이는데, 이에 의하면 기존에 사용하던 설비, 이에 따라 최적화된 설계 등을 그대로 이용하여 모 태양 전지(150a)를 제조한 후에 이를 절단하면 된다. 이에 따라 설비 부담, 공정 비용 부담이 최소화된다. 반면, 모 태양 전지(150a)의 크기 자체를 줄여서 제조하게 되면 사용하던 설비를 교체하거나 설정을 변경하는 등의 부담이 있다.
일반적으로 모 태양 전지(150a)의 반도체 기판(160)의 대략적인 원형 형상의 잉곳(ingot)으로부터 제조되어 원형, 정사각형 또는 이와 유사한 형상과 같이 서로 직교하는 두 개의 축(일 예로, 핑거 라인(42a)과 평행한 축 및 버스바(42b)와 평행한 축)에서의 변의 길이가 서로 동일 또는 거의 유사하다. 일 예로, 본 실시예에서 모 태양 전지(150a)의 반도체 기판(160)은 대략적인 정사각형의 형상에서 네 개의 모서리 부분에 경사변(163a, 163b)을 가지는 팔각형 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상을 가지면 동일한 잉곳으로부터 최대한 넓은 면적의 반도체 기판(160)을 얻을 수 있다. 이에 따라 모 태양 전지(150a)는 대칭적인 형상을 가지며, 최대 가로축과 최대 세로축, 최소 가로축과 최소 세로축이 동일한 거리를 가진다.
본 실시예에서는 이러한 모 태양 전지(150a)를 절단선(CL)을 따라 절단하여 태양 전지(150)를 형성하므로, 태양 전지(150)의 반도체 기판(160)이 장축과 단축을 가지는 형상을 가지게 된다. 본 실시예에서는 절단선(CL)이 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 및 핑거 라인(42a)의 길이 방향인 제1 방향과 교차하며 버스바(42b)의 연장 방향과 평행한 제2 방향으로 이어지고, 모 태양 전지(150a) 내에 위치한 복수 개의 태양 전지(150)는 제2 방향을 따라 길게 이어질 수 있다.
태양 전지(150)는 장축(일 예로, 제1 방향)을 따라 형성되며 서로 평행한 제1 및 제2 장변(161a, 161b)과, 단축(일 예로, 제2 방향)을 따라 형성되며 서로 평행한 제1 및 제2 단변(162a, 162b)을 포함한다. 그리고 반도체 기판(160)은 장축 및 단축 경사지게 형성되며 제1 장변(161a)과 제1 단변(162a)을 연결하는 제1 경사변(163a), 그리고 제1 장변(161a)과 제2 단변(162b)을 연결하는 제2 경사변(163b)을 포함할 수 있다. 그리고 제2 장변(161b)과 제1 단변(162a)이 서로 연결되고, 제2 장변(161b)과 제2 단변(162b)이 서로 연결될 수 있다. 제1 장변(161a)이 제2 장변(161b)보다 짧고, 제1 단변(162a)과 제2 단변(162b), 그리고 제1 경사변(163a)과 제2 경사변(163b)가 동일한 길이를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 태양 전지(150) 또는 반도체 기판(160)이 제1 및 제2 경사변(163a, 163b)을 구비하지 않고 제1 및 제2 장변(161a, 161b), 그리고 제1 및 제2 단변(162a, 162b)로 이루어진 직사각형 형상을 가질 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에서 반도체 기판(160)의 일면 쪽에 위치하는 제1 전극(42)은, 장축과 평행한 제1 방향(도면의 가로 방향)으로 연장되며 서로 평행하게 위치하는 복수의 핑거 라인(42a)과, 핑거 라인(42a)과 교차(일 예로, 직교)하는 제2 방향(도면의 세로 방향)으로 형성되어 핑거 라인(42a)에 전기적으로 연결되며 배선재(142)가 연결 또는 부착되는 버스바(42b)를 포함한다. 도면에서는 제1 전극(42)이 테두리 라인(42c), 에지 전극부(42d), 테두리부(42e)를 더 포함하는 것을 예시하였다. 테두리 라인(42a)은 양측 가장자리 부근에서 복수의 핑거 라인(42a)의 단부를 전체적으로 연결할 수 있다. 이러한 테두리 라인(42c), 에지 전극부(42d), 테두리부(42e)는 핑거 라인(42a)과 동일 또는 유사한 폭을 가지며 핑거 라인(42a)과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 그러나 테두리 라인(42c), 에지 전극부(42d), 테두리부(42e)를 구비하지 않는 것도 가능하다.
핑거 라인(42a)은 각기 균일한 폭 및 피치를 가지면서 서로 이격될 수 있다. 이때, 배선재(142)의 폭은 핑거 라인(42a)의 피치보다 작을 수 있고, 핑거 라인(42a)의 폭보다 클 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다. 여기서, 핑거 라인(42a)이 장축과 평행한 제1 방향으로 서로 나란히 형성되어 태양 전지(150)의 메인 가장자리(특히, 제1 및 제2 장변(도 5의 참조부호 161a, 161b))와 평행할 수 있다.
버스바(42b)는 이웃한 태양 전지(150)와의 연결을 위한 배선재(142)가 위치하는 부분에 대응하도록 위치할 수 있다. 버스바(42b)는 이와 같은 면에 위치하는 배선재(142) 각각에 일대일 대응하도록 구비될 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서 태양 전지(150)의 일면을 기준으로 버스바(42b)와 배선재(142)가 동일한 개수로 구비된다.
본 실시예에서 버스바(42b)는 각 배선재(142)에 대응하도록 제2 방향으로 위치하는 복수의 패드부(422)를 포함한다. 그리고 버스바(42b)는 각기 배선재(142)가 연결되는 방향을 따라 패드부(422)보다 좁은 폭을 가지면서 패드부(422) 사이에서 길게 이어지는 라인부(421)를 더 포함할 수 있다.
패드부(422)는 상대적으로 넓은 폭을 가져 실질적으로 배선재(142)가 부착되어 고정되는 영역이다. 제1 방향에서 측정된 패드부(422)의 폭은 라인부(421), 핑거 라인(42a), 테두리 라인(42c), 테두리부(42d), 또는 에지 전극부(42e)의 폭보다 각기 크고, 배선재(142)의 폭과 같거나 이보다 클 수 있다. 그리고 제2 방향에서 측정된 패드부(422)의 길이 또한 핑거 라인(42a), 테두리 라인(42c), 테두리부(42d), 또는 에지 전극부(42e)의 폭보다 각기 클 수 있다. 이러한 패드부(422)에 의하여 배선재(142)와 버스바(42b)의 부착력을 향상하고 접촉 저항을 줄일 수 있다.
이때, 복수의 패드부(422)는 제2 방향에서 버스바(42b)의 양측에 각기 위치하는 외측 패드(424)를 포함한다. 여기서, 외측 패드(424)는 복수의 패드부(422) 중에서 제2 방향에서 볼 때 태양 전지(150)(또는 반도체 기판(160))의 제1 또는 제2 장변(161a, 161b) 각각에 가장 근접하여 위치하는 제1 외측 패드(424a) 및 제2 외측 패드(424b)를 의미할 수 있다. 이에 의하여 장축과 평행한 제1 방향으로 핑거 라인(42a)을 위치시켜 장축과 단축을 가지는 태양 전지(150) 내에서 핑거 라인(42a)을 조밀하고 균일하게 배치하고, 이와 교차하며 단축과 평행한 제2 방향에서 양측에 외측 패드(424a)가 각기 위치하여 이에 부착되는 배선재(142)의 부착 특성을 향상할 수 있다.
그리고 외측 패드(424)는 제2 방향에서 볼 때 장변(161a, 161b)에 인접한 최외곽 핑거 라인(42a)보다 내측에 위치할 수 있다. 이에 따라 제2 방향으로 볼 때 제1 및 제2 외측 패드(424a, 424b) 사이의 거리는 양측에 위치한 최외곽 핑거 라인(42a)(즉, 도면의 최상측 및 최하측 핑거 라인) 사이의 거리보다 작다.
태양 전지(150)의 장변(161a, 161b)에 인접한 부분에서는 배선재(142)가 태양 전지(150)의 전면에서 후면으로 연결되어야 하므로, 해당 부분에서 태양 전지(150)로부터 멀어지는 방향으로 배선재(142)에 가해지는 힘이 커서 배선재(142)와 전극(42, 44)의 부착력이 저하될 수 있다. 이러한 문제는 본 실시예에서와 같이 좁은 폭을 가지며 부착면의 면적이 적은 와이어 형태의 배선재(142)를 구비하는 경우에 크게 나타날 수 있다. 이를 고려하여 본 실시예에서는 장변(161a, 161b)에 인접한 부분에 큰 면적을 가지는 외측 패드(424)를 형성한 것이다. 또한, 외측 패드(424)와 태양 전지(150)의 장변(161a, 161b)이 일정 거리 이상으로 이격시켜 배선재(142)에 가해지는 힘을 최소화한 것이다.
일 예로, 제1 외측 패드(424a)와 제2 외측 패드(424b)가 태양 전지(150)의 제1 방향에 따른 가상선(일 예로, 제1 및 제2 외측 패드(424a, 424b)의 외측 가장자리 사이의 중심을 지나는 가상선)을 기준으로 제2 방향에서 대칭일 수 있다. 이에 의하여 전류 흐름을 안정적으로 구현할 수 있고, 기존의 대칭 구조에 사용하던 장치 등을 그대로 사용할 수 있다.
그리고 복수의 패드부(422)는 외측 패드(424) 이외의 내측 패드(426)를 포함한다. 내측 패드(426)는 두 개의 외측 패드(424) 사이에 위치한 패드를 의미할 수 있다. 본 실시예에서 각 버스바(42b)에서 내측 패드(426)가 일정 간격으로 복수 개 구비되어 배선재(142)와의 부착 특성을 향상할 수 있다.
그리고 라인부(421)는 복수의 핑거 라인(42a) 및 패드부(422)를 연결하여 일부 핑거 라인(42a)이 단선될 경우 캐리어가 우회할 수 있는 경로를 제공한다. 제1 방향에서 측정된 라인부(421)의 폭은 패드부(422) 및 배선재(142)의 폭보다 작고, 제2 방향에서 측정된 핑거 라인(42a)의 폭보다 작거나 크거나 같을 수 있다. 이와 같이 라인부(421)를 상대적으로 좁은 폭으로 형성하여 제1 전극(42)의 면적을 최소화하여 쉐이딩 손실 및 재료 비용을 저감할 수 있다. 라인부(421)에는 배선재(142)가 부착될 수도 있고, 라인부(421)에 배선재(142)가 부착되지 않은 상태로 배선재(142)가 라인부(421) 위에 놓여진 상태일 수도 있다.
본 실시예에서 반도체 기판(160)의 일면에서 제1 방향에서 버스바(42b)(또는 이에 일대일 대응하는 배선재(142))가 6개 이상 구비될 수 있다. 이에 의하여 버스바(42b)의 피치를 줄이는 것에 의하여 장축으로 배치된 핑거 라인(42a)을 따라 흐르는 전류의 이동 경로를 최소화할 수 있다. 일 예로, 반도체 기판(160)의 일면에서 제1 방향에서 버스바(42b)(또는 이에 일대일 대응하는 배선재(142))가 6개 내지 33개 구비될 수 있다. 버스바(42b) 또는 배선재(142)의 개수가 33개를 초과하면, 재료 비용 및 광 손실이 증가할 수 있다. 재료 비용 및 광 손실을 고려하고 태양 전지(150)가 단축 및 장축을 가져 상대적으로 작은 면적을 가진다는 점을 고려하면, 버스바(42b) 또는 배선재(142)의 개수가 6개 내지 14개(일 예로, 6개 내지 12개)일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 배선재(142)의 개수 및 이에 따른 버스바(42b)의 개수가 다른 값을 가질 수 있다.
본 실시예에서 태양 전지(150)(또는 반도체 기판(160))가 전극 영역(EA)과 에지 영역(PA)으로 구획될 수 있다.
본 실시예에서 전극 영역(EA)은 서로 평행하게 형성되는 핑거 라인(42a)이 균일한 피치로 배치되는 영역으로, 버스바(42b)에 의하여 구획되는 복수의 전극 영역(EA)을 포함할 수 있다. 그리고 에지 영역(PA)은 인접한 두 개의 전극 영역(EA) 사이를 포함하며 반도체 기판(160) 또는 태양 전지(150)의 가장자리에 인접하여 위치하는 영역일 수 있다. 이때, 에지 영역(PA)은 전극 영역(EA)의 핑거 라인(42a)의 밀도보다 낮은 밀도로 제1 전극(42)이 위치하는 영역이거나 제1 전극(42)이 위치하지 않는 영역일 수 있다.
여기서, 전극 영역(EA)은 이웃한 두 개의 버스바(42b) 사이에 위치한 제1 전극 영역(EA1)과, 버스바(42b)와 태양 전지(150)의 단변(162a, 162b) 사이에 위치한 두 개의 제2 전극 영역(EA2)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극 영역(EA1)의 폭(W1)이 제2 전극 영역(EA2)의 폭(W2)보다 작을 수 있다. 본 실시예에서는 버스바(42b)가 많은 개수로 구비된다. 따라서, 제2 전극 영역(EA2)의 폭(W2)을 상대적으로 크게 하여야 제2 전극 영역(EA2) 내에 경사변(163a, 163b)이 위치할 수 있다. 그러면, 버스바(42b) 및 배선재(142)가 경사변(163a, 163b)에 위치하지 않으므로, 이들이 경사변(163a, 163b)에 위치할 때 발생할 수 있는 간섭 문제 또는 전류 흐름이 원활하지 않는 문제 등을 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극 영역(EA1)의 폭(W1)과 제2 전극 영역(EA)의 폭(W2)이 다양한 값을 가질 수 있다.
그리고 에지 영역(PA)은, 배선재(142)가 위치하는 부분에 대응하며 핑거 라인들(42a) 사이에 위치하는 제1 에지 영역(PA1)과, 제1 에지 영역(PA1) 이외의 부분으로 최외곽 핑거 라인(42a)과 반도체 기판(160)의 가장자리 사이에서 일정한 거리만큼 이격되는 제2 에지 영역(PA2)을 포함할 수 있다. 제1 에지 영역(PA1)은 배선재(142)가 위치한 부분에서 태양 전지(150)의 가장자리에 인접한 부분에서 각기 위치할 수 있다. 제1 에지 영역(PA1)은 배선재(142)가 충분한 결합력으로 제1 전극(42)에 부착될 수 있도록 외측 패드(424)를 태양 전지(150)의 가장자리로부터 이격하기 위한 영역이다.
본 실시예에서 제1 전극(42)은 제1 에지 영역(PA1) 내에 배선재(142)와 중첩하는 에지 전극부(42d)를 더 포함하고, 전극 영역(EA)과 제1 에지 영역(PA1)을 구획하는 테두리부(42e)를 더 포함할 수 있다.
테두리부(42e)는 버스바(42b)의 단부(또는 외측 패드(424))로부터 연장되어 에지 영역(PA1)에 인접한 복수의 핑거 라인(42a)의 단부를 거쳐 최외곽 핑거 라인(42a)의 단부에 도달할 수 있다. 테두리부(42e)는 에지 영역(PA1)에 인접한 핑거 라인(42a)의 일부에 단선 등이 있는 경우에 캐리어가 흐르는 경로를 제공하는 역할을 한다. 그리고 에지 영역(PA1) 내에 위치한 제1 에지 전극부(42d)가 테두리부(42e)를 경유하여 핑거 라인(42a)에 연결될 수 있다. 그러면, 전극 영역(EA)에서 에지 영역(PA1)에 인접한 부분에 위치한 핑거 라인(42a)에 의하여 수집된 전류가 테두리부(42e)를 경유하여 전극부(424a, 424b)를 통하여 배선재(142)에 전달될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 에지 영역(PA1) 내의 에지 전극부(42d)가 테두리부(42e)를 경유하지 않고 직접 핑거 라인(42a)에 연결되는 것도 가능하다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
테두리부(42e)가 태양 전지(150)의 가장자리(즉, 장변(161a, 161b)) 쪽으로 향하면서 제1 에지 영역(PA1)의 폭이 점진적으로 넓어지도록 핑거 라인(42a) 및 버스바(42b)에 경사지게 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 에지 영역(PA1)이 대략적인 삼각형의 형상을 가질 수 있고, 제1 에지 영역(PA1)을 구획하는 두 개의 테두리부(42e)가 대략적인 "V자 형상"을 가질 수 있다. 이에 의하여 제1 에지 영역(PA1)에 인접한 두 개의 전극 영역(EA)에서 핑거 라인(42a)의 외측 단부들이 점점 멀어지도록 배치될 수 있다.
이에 의하여 배선재(142)가 테두리부(42e)에 부착되지 않으면서 제1 에지 영역(PA1) 내에 안정적으로 위치할 수 있다. 본 실시예에서 다른 태양 전지(150)에 연결되지 않는 배선재(142)의 단부가 라인부(421)의 단부를 지나 제1 에지 영역(PA1)의 내부까지 연장되어 배선재(142)의 단부가 제1 에지 영역(PA1)의 내부에 위치할 수 있다. 이에 의하여 배선재(142)의 단부를 안정적으로 고정할 수 있고 패드부(422)에 의한 충분한 부착력으로 제1 전극(42)에 고정하면서, 배선재(142)가 제2 에지 영역(PA)까지 연장될 경우 나타날 수 있는 쇼트 등의 문제를 방지할 수 있다.
에지 전극부(42d)에는 배선재(142)가 중첩되어 접촉되거나 배선재(142)가 전기적으로 연결된다. 이에 의하여 에지 전극부(42d)는 배선재(142)로 전류가 흐를 수 있는 경로가 되어, 제1 에지 영역(PA1)에 인접한 전극 영역(EA)의 부분에서 생성된 전류를 배선재(142)로 전달할 수 있다. 이에 의하여 배선재(142)의 접착력 또는 결합력을 향상하기 위하여 제1 에지 영역(PA1)을 구비한 경우에도 이에 의하여 발생할 수 있는 효율 저하 등을 방지할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(150)의 효율을 향상하고 태양 전지 패널(100)의 출력을 향상할 수 있다.
이때, 본 실시예에서 에지 전극부(42d)는 핑거 라인(42a), 버스바(42b) 또는 배선재(142)에 연결될 수 있는 형상을 가지면 족하다. 이에 따라 에지 전극부(42d)는 전극 영역(EA)의 핑거 라인(42a)보다 적은 밀도록 제1 에지 영역(PA1)에 위치하게 된다.
일 예로, 제1 에지 영역(PA1) 및 이에 위치한 에지 전극부(42d)은 태양 전지(150)의 제1 방향에 따른 가상선(일 예로, 제1 및 제2 외측 패드(424a, 424b)의 외측 가장자리 사이의 중심을 지나는 가상선)을 기준으로 대칭으로 형성될 수 있다. 이에 의하여 반도체 기판(160)의 양측 가장자리 부분에서 전류를 효과적으로 수집하고 배선재(142)의 부착 특성을 향상할 수 있다.
본 실시예에서는 에지 전극부(42d)가 내부에 개구부를 구비하고 에지 전극부(42d)의 단부가 이에 인접한 최외곽 핑거 라인(42a)과 동일 선상까지 위치하거나 이보다 외측으로(즉, 반도체 기판(160)의 가장자리(즉, 장변(161a, 161b))에 좀더 가깝게) 위치할 수 있다. 이에 의하면 낮은 밀도의 에지 전극부(42d)가 형성되면서도 핑거 라인(42a)과의 연결은 원활하게 이루어질 수 있으며 수집된 전류가 잔류되지 않고 배선재(142)로 효과적으로 전달될 수 있다.
좀더 구체적으로, 에지 전극부(42d)가, 최외곽 핑거 라인(42a)보다 내측에 위치하는 제1 전극부(4241), 그리고 제1 전극부(4241)로부터 제1 전극부(4241)과 교차하는 방향으로 최외곽 핑거 라인(42a)과 동일 선상 또는 이보다 외측까지 연장되는 제2 전극부(4242)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 전극부(4241)가 핑거 라인(42a)과 평행하거나 라인부(421)와 교차(일 예로, 직교)하면서 제1 에지 영역(PA1)의 양측에 위치하는 전극 영역(EA)의 부분 내에 위치한 핑거 라인(42a)에 연결(직접 연결 또는 테두리부(42e)를 통하여 연결)될 수 있다. 그리고 제2 전극부(4242)는 핑거 라인(42a)과 교차(일 예로, 직교)하거나 라인부(421)와 평행할 수 있다.
본 실시예에서는, 일 예로, 라인부(421), 핑거 라인(42a), 테두리 라인(42c), 테두리부(42d), 또는 에지 전극부(42e)의 폭(길이 방향과 교차(일 예로, 직교)하는 방향에서의 길이)이 35um 내지 350um일 수 있다. 이러한 폭을 가질 때 접촉 특성을 향상시키면서도 광 손실, 재료 비용 등의 증가를 방지할 수 있다. 일 예로, 라인부(421), 핑거 라인(42a), 테두리 라인(42c), 테두리부(42d), 또는 에지 전극부(42e)의 폭이 35um 내지 200um(좀더 구체적으로 35um 내지 120um)일 수 있다. 그리고 제1 방향에서의 패드부(422)의 폭이 0.25mm 내지 2.5mm일 수 있다. 이러한 패드부(422)의 폭은 배선재(142)와의 접촉 면적을 충분하게 확보하면서 광 손실에 의한 쉐이딩 손실을 저감할 수 있도록 결정된 것이다. 일 예로, 패드부(422)의 폭이 0.8mm 내지 1.5mm일 수 있다.
그리고 제2 방향에서 외측 패드(424)의 길이가 내측 패드(426)의 길이보다 클 수 있다. 예를 들어, 외측 패드(424)의 길이가 0.4mm 내지 30mm일 수 있고, 광 손실을 좀더 고려하면 외측 패드(424)의 길이가 0.4mm 내지 3.2mm일 수 있다. 내측 패드(426)의 길이가 0.035mm 내지 1mm일 수 있고, 좀더 구체적으로는 0.4mm 내지 1mm일 수 있다. 이에 의하여 큰 힘이 가해지는 외측 패드(424)에 의한 부착력을 더 많이 향상하고, 내측 패드(426)의 면적을 줄여 광 손실, 재료 비용 등을 절감할 수 있다.
본 실시예에서는 제1 전극(42), 배선재(142), 전극 영역(EA), 에지 영역(PA) 등이 제1 방향에서 서로 대칭이 되고, 제1 방향에 따른 가상선(일 예로, 제1 및 제2 외측 패드(424a, 424b)의 외측 가장자리 사이의 중심을 지나는 가상선)에서 서로 대칭될 수 있다. 이에 의하여 전류 흐름을 안정적으로 구현할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 태양 전지(150)는 얼라인 마크(420)를 포함할 수 있다. 이러한 태양 전지 패널(100)을 제조할 때 얼라인 마크(420)를 이용하여 태양 전지(150)를 얼라인하여 원하는 위치에 배치시킬 수 있다. 얼라인 마크(420)는 다양한 물질을 이용하여 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 일 예로, 얼라인 마크(420)는 제1 전극(42)을 형성하는 공정에서 제1 전극(42)과 동일한 물질을 이용하여 제1 전극(42)과 함께 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 유사하게 본 실시예에서 반도체 기판(160)의 타면 쪽에 위치하는 제2 전극(44)은, 버스바(42b)에 대응하는 위치에서 제2 방향으로 위치하는 버스바를 포함하고, 핑거 라인, 테두리 라인, 테두리부, 에지 전극부 등을 더 포함할 수 있다. 제2 전극(44)은 버스바를 구비하면 되고, 핑거 라인, 테두리 라인, 테두리부, 에지 전극부 등을 포함하지 않을 수 있다. 여기서, 제2 전극(44)의 핑거 라인, 버스바, 테두리 라인, 테두리부, 에지 전극부에 대해서는 제1 전극(42)의 핑거 라인(42a), 버스바(42b), 테두리 라인(42c), 테두리부(42d), 에지 전극부(42e)에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다. 그리고 제2 전극(44)이 얼라인 마크를 구비할 수도 있다.
제1 및 제2 전극(42, 44)은 서로 동일한 개수로 버스바(42b)를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 전극(42, 44)의 버스바(42b)는 반도체 기판(160)의 양면에서 동일한 위치에 위치할 수 있다. 제1 전극(42)의 핑거 라인(42a)과 제2 전극(44)의 핑거 라인은 서로 동일한 폭, 피치 및 개수를 가질 수도 있고, 제1 전극(42)의 핑거 라인(42a)과 제2 전극(44)의 핑거 라인은 폭, 피치 및 개수 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다. 제1 전극(42)의 패드부(422)와 제2 전극(44)의 패드부는 서로 동일한 폭, 길이, 피치 및 개수를 가질 수도 있고, 제1 전극(42)의 패드부(422)와 제2 전극(44)의 패드부는 폭, 길이, 피치 및 개수 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다. 또한, 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 평면 형상이 서로 다른 것도 가능하며, 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
상술한 바와 같이 장축 및 단축을 포함하는 태양 전지(150)에서 제2 방향에서의 반도체 기판(160)(또는 태양 전지(150))의 폭(W3)에 대한 제1 방향에서의 버스바(42b)의 피치(즉, 제1 전극 영역(EA1)의 폭(W1))의 비율이 0.35 이하일 수 있다. 이에 의하여 장축 및 단축을 가지는 태양 전지(150)에서 버스바(42b)의 피치를 반도체 기판(160)의 폭(W3)보다 일정 비율 이하로 형성하여 전류가 흐르는 경로를 최소화하여 태양 전지(150)의 효율을 좀더 향상할 수 있다.
종래에서는 장축 및 단축을 구비하더라도 반도체 기판(160)의 폭(W3)에 대한 버스바(42b)의 피치가 0.35를 초과하여 전류가 흐르는 경로를 최적화하지 못하였다. 이에 의하여 전류를 줄이기 위하여 단축 및 장축을 가지는 태양 전지(150)에서 실제로 이에 의한 효과를 충분하게 구현하게 어려웠다. 반면, 본 실시예에서는 반도체 기판(160)의 폭(W3)에 대한 버스바(42b)의 피치를 일정 비율 이하로 한정하여 단축 및 장축을 가지는 태양 전지(150)에서의 효율을 효과적으로 향상할 수 있다.
일 예로, 반도체 기판(160)의 폭(W3)에 대한 버스바(42b)의 피치의 비율이 0.1 내지 0.35일 수 있다. 버스바(42b)의 피치를 줄이면 전류 흐름의 경로를 줄일 수는 있으나, 버스바(42b)의 개수 및 배선재(142)의 개수가 지나치게 늘어 비용 및 공정 시간이 증가할 수 있다. 이를 고려하여 반도체 기판(160)의 폭(W3)에 대한 버스바(42b)의 피치의 비율이 0.1 이상일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 절단선(CL)이 핑거 라인(42a)의 연장 방향 또는 장축과 평행한 제1 방향으로 배치될 수 있다. 그리고 전극(42, 44)이 제1 방향과 나란한 가상선에 대하여 대칭으로 형성될 수 있다. 그러면, 태양 전지(150)를 절단한 후에도 제2 방향으로 볼 때 양측에 큰 차이가 없으므로 태양 전지 패널(100)에서 태양 전지(150)를 양측의 구별 없이 자유롭게 배치할 수 있다.
이때, 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)에서 제2 장변(161b)은 절단선(CL)을 따라 절단하여 형성된 절단면에 대응하고, 제1 장변(161a), 제1 및 제2 단변(162a, 162b), 제1 및 제2 경사변(163a, 163b)이 절단되지 않은 비절단면에 대응한다. 절단면인지, 비절단면인지 여부는, 제1 및 제2 경사변(163a, 163b)의 존재 또는 현미경 상에서의 표면 거칠기 차이, 표면 모폴로지 차이 등으로 알 수 있다.
이때, 절단면과 이에 인접한 도전형 영역(20, 30) 및/또는 전극(42, 44)의 단부 사이의 제1 간격(W4)이 비절단면과 이에 인접한 도전형 영역(20, 30) 및/또는 전극(42, 44)의 단부 사이의 제2 간격(W5)보다 작을 수 있다. 이는 션트 등을 방지하기 위하여 절단선(CL)을 포함하는 부분에 도전형 영역(20, 30) 및/또는 전극(42, 44)이 형성되지 않는 비활성 영역을 형성하는데, 이러한 비활성 영역의 폭을 최대한 작게 하여야 광전 변환에 기여하는 면적이 크기 때문이다. 상술한 바와 같이, 도전형 영역(20, 30) 및 전극(42, 44)은 비절단면인 제1 장변(1161a)과 절단면인 제2 장변(1161b)에 대하여 서로 비대칭적으로 형성되고, 비절단면(NCS)인 제1 단변(1162a)과 제2 단변(1162b)에 대하여 서로 대칭을 이루도록 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 간격(W4)이 제2 간격(W5)과 같거나 그보다 클 수 있다.
간단한 설명 및 도시를 위하여 본 실시예에서는 하나의 모 태양 전지(150a)에서 두 개의 태양 전지(150)가 제조되는 것을 예시하였다. 이때, 절단선(CL)이 모 태양 전지(150a)의 중심을 지날 수 있다. 그러면, 각 태양 전지(150)가 실질적으로 동일한 면적을 가져 유사한 전기적 특성을 가질 수 있기 때문이다. 이 중에서도 대략적인 팔각형 형상의 모 태양 전지(150a)를 절단하여 두 개의 태양 전지(150)를 제조하는 것에 의하여, 각 태양 전지(150)가 제1 및 제2 장변(161a, 161b), 제1 및 제2 단변(162a, 162b), 제1 및 제2 경사변(163a, 163b)을 가진 것을 예시하였다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 6에 도시한 바와 같이 서로 평행한 절단선(CL)이 두 개 이상 있을 수 있다. 이에 의하면 하나의 모 태양 전지(150a)에서 제조된 태양 전지(150)의 개수가 절단선(CL)의 개수보다 하나 많을 수 있다. 절단선(CL)이 두 개 이상인 경우에는 도전형 영역(20, 30) 및 전극(42, 44)이 형성된 영역이 실질적으로 동일한 폭을 가지면서 형성되며 균일한 거리로 이격되어 위치할 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 단축에 평행한 제2 방향에 최외곽 핑거 라인(42a)보다 내측에 위치한 외측 패드(424)가 양측에 위치하여야 하므로, 절단선(CL)이 너무 많으면 외측 패드(424)가 원활하게 배치되기 어렵다. 이를 고려하면, 절단선(CL)은 3개 이하일 수 있고 하나의 모 태양 전지(150a)에서 4개 이하의 태양 전지(150)를 제조할 수 있다. 이에 따라, 일 예로, 제1 방향에서의 반도체 기판(160)의 길이(도 4의 참조부호 L)에 대한 제2 방향에서의 반도체 기판(160)의 폭(도 4의 참조부호 W3)의 비율이 0.2 내지 0.5일 수 있다. 원칙적으로는 모 태양 전지(150a)에서 4개의 태양 전지(150)를 제조할 경우에 상기 비율이 0.25이나 공정 오차, 설계 자유도 등을 고려하여 0.2 이상으로 한정한 것이다.
도 6에서와 같이, 대략적인 팔각형 형상의 모 태양 전지(150a)를 두 개 이상의 절단면으로 절단하게 되면, 도면의 상측 및 하측 태양 전지(150)는, 상술한 바와 유사하게, 제1 및 제2 장변(도 5의 161a, 161b 참조, 이하 동일), 제1 및 제2 단변(도 5의 162a, 162b 참조, 이하 동일), 제1 및 제2 경사변(도 5의 163a, 163b 참조, 이하 동일)을 가지는 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)가 된다. 이때, 제2 장변(161b)이 절단선(CL)에 의한 절단면이며 나머지 가장자리가 비절단면에 해당한다. 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조한 설명이 그대로 적용된다.
그리고 가운데에 위치하는 태양 전지(150)는 제1 및 제2 장변(161a, 161b), 제1 및 제2 단변(162a, 162b)만을 가지며 제1 및 제2 경사변(163a, 163b)을 가지지 않는 제3 태양 전지(153)를 구성한다. 제3 태양 전지(153)에서는 제1 및 제2 장변(161a, 161b)이 절단선(CL)에 의한 절단면이고 제1 및 제2 단변(162a, 162b)이 비절단면이다. 이에 의하여 제3 태양 전지(153)는 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)와 다르게 직사각형 형상을 가질 수 있다. 이때, 제1 및 제2 장변(161a, 161b)이 모두 절단면으로 구성되므로 제2 방향에서도 도전형 영역(20, 30) 및/또는 전극(42, 44)이 대칭되게 위치한다.
상술한 태양 전지(150)는 제1 전극(42) 또는 제2 전극(44) 위에 위치(일 예로, 접촉)하는 배선재(142)에 의하여 이웃한 태양 전지(150)와 전기적으로 연결되는데, 이에 대해서는 도 1 내지 도 5과 함께 도 7을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 7은 도 1에 도시한 태양 전지 패널(100)에 포함되며 배선재(142)에 의하여 연결되는 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152)를 개략적으로 도시한 사시도이다. 여기서, 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)는 모 태양 전지(150a)에서 절단된 단위 태양 전지로서 장축 및 단축을 가진다. 간략하고 명확한 도시를 위하여 도 7에서 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)는 반도체 기판(160)과 전극(42, 44)을 위주로 개략적으로만 도시하였다.
도 7에 도시한 바와 같이, 복수 개의 태양 전지(150) 중에서 서로 이웃한 두 개의 태양 전지(150)(일 예로, 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152))가 배선재(142)에 의하여 연결될 수 있다. 이때, 배선재(142)는, 제1 태양 전지(151)의 전면에 위치한 제1 전극(42)과 제1 태양 전지(151)의 일측(도면의 좌측 하부)에 위치하는 제2 태양 전지(152)의 후면에 위치한 제2 전극(44)을 연결한다. 그리고 다른 배선재(1420a)가 제1 태양 전지(151)의 후면에 위치한 제2 전극(44)과 제1 태양 전지(151)의 다른 일측(도면의 우측 상부)에 위치할 다른 태양 전지의 전면에 위치한 제1 전극(42)을 연결한다. 그리고 또 다른 배선재(1420b)가 제2 태양 전지(152)의 전면에 위치한 제1 전극(42)과 제2 태양 전지(152)의 일측(도면의 좌측 하부)에 위치할 또 다른 태양 전지의 후면에 위치한 제2 전극(44)을 연결한다. 이에 의하여 복수 개의 태양 전지(150)가 배선재(142, 1420a, 1420b)에 의하여 서로 하나의 열을 이루도록 연결될 수 있다. 이하에서 배선재(142)에 대한 설명은 서로 이웃한 두 개의 태양 전지(150)를 연결하는 모든 배선재(142, 1420a, 1420b)에 각기 적용될 수 있다.
본 실시예에서 배선재(142)는, 제1 태양 전지(151)의 전면에서 제1 전극(42)(좀더 구체적으로는, 제1 전극(42)의 버스바(도 5의 참조부호 42b, 이하 동일))에 연결되면서 제1 장변(161a)로부터 이에 반대되는 제2 장변(161b)을 향해 길게 이어지는 제1 부분과, 제2 태양 전지(152)의 후면에서 제2 전극(44)(좀더 구체적으로는, 제2 전극(44)의 버스바)에 연결된 상태로 제2 장변(161b)로부터 이에 반대되는 제1 장변(161b)를 향해 길게 이어지는 제2 부분과, 제1 태양 전지(151)의 전면으로부터 제2 태양 전지(152)의 후면까지 연장되어 제1 부분과 제2 부분을 연결하는 제3 부분을 포함할 수 있다. 이에 의하여 배선재(142)가 제1 태양 전지(151)의 일부 영역에서 제1 태양 전지(151)를 가로지른 후에 제2 태양 전지(152)의 일부 영역에서 제2 태양 전지(152)를 가로질러 위치할 수 있다. 이와 같이 배선재(142)가 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)보다 작은 폭을 가지면서 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)의 일부(일 예로, 버스바(42b))에 대응하는 부분에서만 형성되어 작은 면적에 의해서도 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)를 효과적으로 연결할 수 있다.
일 예로, 배선재(142)는 제1 및 제2 전극(42, 44)에서 버스바(42b) 위에서 버스바(42b)에 접촉 및 접합하면서 버스바(42b)를 따라 길게 이어지도록 배치될 수 있다. 이에 의하여 배선재(142)와 제1 및 제2 전극(42, 44)이 연속적으로 접촉되도록 하여 전기적 연결 특성을 향상할 수 있다. 본 실시예에서 배선재(142)는 태양 전지(150)의 단축에 평행한 제2 방향을 따라 연결될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
각 태양 전지(150)의 일면을 기준으로 볼 때 배선재(142)는 복수 개 구비되어 이웃한 태양 전지(150)의 전기적 연결 특성을 향상할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 배선재(142)가 기존에 사용되던 상대적으로 넓은 폭(예를 들어, 1mm 내지 2mm)을 가지는 리본보다 작은 폭을 가지는 와이어로 구성되어, 각 태양 전지(150)의 일면 기준으로 기존의 리본의 개수(예를 들어, 2개 내지 5개)보다 많은 개수의 배선재(142)를 사용한다.
일 예로, 배선재(142)는 금속으로 이루어진 코어층(142a)과, 코어층(142a)의 표면에 얇은 두께로 코팅되며 솔더 물질을 포함하여 전극(42, 44)과 솔더링이 가능하도록 하는 솔더층(142b)을 포함할 수 있다. 일 예로, 코어층(142a)은 Ni, Cu, Ag, Al을 주요 물질(일 예로, 50wt% 이상 포함되는 물질, 좀더 구체적으로 90wt% 이상 포함되는 물질)로 포함할 수 있다. 솔더층(142b)은 Pb, Sn, SnIn, SnBi, SnPb, SnPbAg, SnCuAg, SnCu 등의 물질을 주요 물질로 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 코어층(142a) 및 솔더층(142b)이 다양한 물질을 포함할 수 있다.
이와 같이 기존의 리본보다 작은 폭을 가지는 와이어를 배선재(142)로 사용하면 재료 비용을 크게 절감할 수 있다. 그리고 배선재(142)가 리본보다 작은 폭을 가지므로 배선재(142)를 충분한 개수로 구비하여 캐리어의 이동 거리를 최소화함으로써 태양 전지 패널(100)의 출력을 향상할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 배선재(142)를 구성하는 와이어는 라운드진 부분을 포함할 수 있다. 즉, 배선재(142)를 구성하는 와이어가 원형, 타원형, 또는 곡선으로 이루어진 단면 또는 라운드진 단면을 가질 수 있다. 이에 의하여 배선재(142)가 반사 또는 난반사를 유도할 수 있다. 이에 의하여 배선재(142)를 구성하는 와이어의 라운드진 면에서 반사된 광이 태양 전지(150)의 전면 또는 후면에 위치한 전면 기판(110) 또는 후면 기판(120) 등에 반사 또는 전반사되어 태양 전지(150)로 재입사되도록 할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 패널(100)의 출력을 효과적으로 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 배선재(142)를 구성하는 와이어가 사각형 등의 다각형의 형상을 가질 수 있으며 그 외의 다양한 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에서 배선재(142)는 폭(또는 직경)이 1mm 미만(일 예로, 250um 내지 500um)일 수 있다. 참고로, 본 실시예에서 솔더층(142b)의 두께는 매우 작은 편이며 배선재(142)의 위치에 따라 다양한 두께를 가질 수 있으므로 배선재(142)의 폭은 코어층(142a)의 폭으로 볼 수 있다. 또는, 배선재(142)의 폭은 라인부(도 5의 참조부호 421) 위에서 배선재(142)의 중심을 지나는 폭으로 볼 수 있다. 이러한 폭을 가지는 와이어 형태의 배선재(142)에 의해서 태양 전지(150)에서 생성한 전류를 외부 회로(예를 들어, 버스 리본 또는 정션 박스의 바이패스 다이오드) 또는 또 다른 태양 전지(150)로 효율적으로 전달할 수 있다. 본 실시예에서는 배선재(142)가 별도의 층, 필름 등에 삽입되지 않은 상태로 태양 전지(150)의 전극(42, 44) 위에 각기 개별적으로 위치하여 고정될 수 있다. 배선재(142)의 폭이 250um 미만이면, 배선재(142)의 강도가 충분하지 않을 수 있고, 전극(42, 44)의 연결 면적이 매우 적어 전기적 연결 특성이 좋지 않고 부착력이 낮을 수 있다. 배선재(142)의 폭이 1mm 이상(일 예로, 500um 초과)이면, 배선재(142)의 비용이 증가하고 배선재(142)가 태양 전지(150)의 전면으로 입사되는 광의 입사를 방해하여 광 손실(shading loss)이 증가할 수 있다. 또한, 배선재(142)에서 전극(42, 44)과 이격되는 방향으로 가해지는 힘이 커져 배선재(142)와 전극(42, 44) 사이의 부착력이 낮을 수 있고 전극(42, 44) 또는 반도체 기판(160)에 균열 등의 문제를 발생시킬 수 있다. 일 예로, 배선재(142)의 폭은 350um 내지 450um(특히, 350um 내지 400um)일 수 있다. 이러한 범위에서 전극(42, 44)과의 부착력을 높이면서 출력을 향상할 수 있다.
이때, 각 배선재(142)의 솔더층(142b)은 다른 배선재(142) 또는 솔더층(142b)과 개별적으로 위치하게 된다. 여기서, 배선재(142)는 부착 전에 원형의 단면을 가지지만, 태빙 공정에 의하여 솔더층(142b)을 이용하여 배선재(142)를 전극(42, 44)에 접착(일 예로, 접촉하도록 접착)한 후에는 패드부(422) 위에서 형상이 변형된다. 즉, 태빙 공정에서 각 솔더층(142b)이 제1 또는 제2 전극(42, 44)(좀더 구체적으로, 패드부(422)) 쪽으로 전체적으로 흘러내려, 도 3에 도시한 바와 같이, 각 패드부(422)에 인접한 부분에서 솔더층(142b)의 폭이 패드부(422)를 향하면서 점진적으로 커질 수 있다. 일 예로, 솔더층(142b)에서 패드부(422)에 인접한 부분은 코어층(142a)의 직경 또는 폭과 같거나 그보다 큰 폭을 가질 수 있다. 좀더 구체적으로, 솔더층(142b)은 코어층(142a)의 상부에서 코어층(142a)의 형상에 따라 태양 전지(150)의 외부를 향하여 돌출된 형상을 가지는 반면, 코어층(142b)의 하부 또는 패드부(422)에 인접한 부분에는 태양 전지(150)의 외부에 대하여 오목한 형상을 가지는 부분을 포함한다. 이에 의하여 솔더층(142b)의 측면에서는 곡률이 변하는 변곡점이 위치하게 된다. 솔더층(142b)의 이러한 형상으로부터 배선재(142)가 별도의 층, 필름 등에 삽입되거나 덮여지지 않은 상태로 솔더층(142b)에 의하여 각기 개별적으로 부착되어 고정되었음을 알 수 있다. 별도의 층, 필름 등의 사용 없이 솔더층(142b)에 의하여 배선재(142)를 고정하여 단순한 구조 및 공정에 의하여 태양 전지(150)와 배선재(142)를 연결할 수 있다. 특히, 본 실시예와 같이 좁은 폭 및 라운드진 형상을 가지는 배선재(142)를 별도의 층, 필름(일 예로, 수지와 전도성 물질을 포함하는 전도성 접착 필름) 등을 사용하지 않고 부착할 수 있어 배선재(142)의 공정 비용 및 시간을 최소화할 수 있다.
한편, 태빙 공정 이후인 경우에도 두 개의 태양 전지(150)의 사이에 위치한 배선재(142)의 부분은 태빙 공정 이전과 동일 또는 유사한 형상(일 예로, 원형의 단면 형상)을 그대로 유지할 수 있다.
일 예로, 본 실시예에서는 동일한 길이를 가지는 제1 태양 전지(151)의 제2 장변(도 5의 참조부호 161b, 이하 동일)와 제2 태양 전지(152)의 제2 장변(161b)을 서로 마주보게 위치하였다. 그리고 제1 태양 전지(151)의 제1 장변(도 5의 참조부호 161a, 이하 동일)과 제1 태양 전지(151)에 인접하며 제2 태양 전지(152)의 반대편에 위치한 다른 태양 전지(도시하지 않음)의 제1 장변(161a)이 서로 마주보게 위치할 수 있다. 그리고 제2 태양 전지(152)의 제1 장변(161a)과 제2 태양 전지(152)에 인접하는 또 다른 태양 전지의 제1 장변(161a)이 서로 마주보도록 할 수 있다. 이에 따라 동일한 길이를 가지는 제1 장변(161a), 제2 장변(161b), 또는 경사변(도 5의 참조부호 163a, 163b)이 서로 대향하도록 배치하여 심미성을 향상하고 구조적 안정성을 향상할 수 있다.
이는 절단선(CL)이 핑거 라인(42a)과 평행하게 위치하고 제1 방향에 따른 가상선을 기준으로 버스바(42b)가 대칭으로 형성되었기 때문이다. 이에 따르면 모 태양 전지(150a)로부터 제조된 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)를 회전하지 않고 그대로 전기적으로 연결할 수 있어, 회전에 필요한 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 서로 인접하는 태양 전지(150)에서 제1 장변(161a)과 제2 장변(161b)이 서로 마주보도록 배치될 수도 있다.
상술한 태양 전지(150) 및 이를 포함하는 태양 전지 패널(100)에서는, 얇은 폭의 버스바(42b) 및/또는 와이어 형태의 배선재(142)를 사용하여 광 손실을 최소화할 수 있고 버스바(42b) 및/또는 배선재(142)의 개수를 늘려 캐리어의 이동 경로를 줄일 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(150)의 효율 및 태양 전지 패널(100)의 출력을 향상할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 와이어 형태의 배선재(142)를 사용하여 난반사 등에 의하여 광 손실을 최소화할 수 있고 배선재(142)의 피치를 줄여 캐리어의 이동 경로를 줄일 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(150)의 효율 및 태양 전지 패널(100)의 출력을 향상할 수 있다.
특히, 장축과 단축을 가지는 태양 전지(150)에 배선재(142)를 적용하여 태양 전지(150)의 효율 및 태양 전지 패널(100)의 출력을 최대화할 수 있다. 이때, 단축 방향으로 배선재(142)를 배치하고 단축 방향의 양측에 외측 패드(424)를 각기 위치시켜 배선재(142)를 통한 이동 경로를 최소화하고 배선재(142)의 부착 특성을 향상할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널을 상세하게 설명한다. 상술한 설명과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다. 그리고 상술한 실시예 또는 이를 변형한 예와 아래의 실시예 또는 이를 변형한 예들을 서로 결합한 것 또한 본 발명의 범위에 속한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널에서 태양 전지 및 배선재를 도시한 부분 전면 평면도이다. 간략하고 명확한 도시를 위하여 도 8에서는 반도체 기판(160), 제1 전극(42), 배선재(142)를 위주로 도시하였다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에서 인접한 두 개의 버스바(42b) 사이에 위치하는 핑거 라인(42a) 중 적어도 일부가 연속적으로 이어지지 않고 일부 부분이 단선된 단선부(S)를 구비할 수 있다.
이때, 단선부(S)는 제1 전극 영역(EA1)에 위치한 핑거 라인(42a)에 형성되고, 제2 전극 영역(EA2)에 위치한 핑거 라인(42a)에는 형성되지 않을 수 있다. 제1 전극 영역(EA1)에서는 핑거 라인(42a)이 단선부(S)를 가지더라도 핑거 라인(42a)이 하나의 버스바(42b) 또는 배선재(142)에 연결되므로 전류가 원활하게 흐를 수 있다. 이에 따라 제1 전극 영역(EA1)에서 전류 흐름을 방해하지 않으면서 제1 전극(42)의 면적을 줄일 수 있어 제조 비용을 줄이고 광 손실을 줄일 수 있다. 제2 전극 영역(EA2)에서는 일측에만 버스바(42b) 또는 배선재(142)에 연결되므로 단선부(S)를 구비하지 않아 일측에 위치한 버스바(42b) 또는 배선재(142)까지 전류가 원활하게 흐를 수 있도록 한다.
핑거 라인(42a)의 단선부(S)는 인접한 두 개의 버스바(42b) 사이의 중앙 부분에 위치할 수 있다. 이에 의하여 전류 이동 경로를 최소화할 수 있다.
단선부(S)의 폭은 핑거 라인(42a)의 피치의 0.5배 이상일 수 있고, 버스바(42b)의 피치의 0.5배 이하일 수 있다. 단선부(S)의 폭이 핑거 라인(42a)의 피치의 0.5배 미만이면, 단선부(S)의 폭이 좁아 단선부(S)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 단선부(S)의 폭이 버스바(42b)의 피치의 0.5배를 초과하면, 단선부(S)의 폭이 커져서 전기적 특성이 저하될 수 있다. 일 예로, 단선부(S)의 폭이 1.5mm 내지 1.8mm일 수 있다. 이러한 범위 내에서 단선부(S)에 의한 효과를 최대화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 단선부(S)의 폭이 다양한 값을 가질 수 있다.
각 제1 전극 영역(EA1)에서, 버스바(42b)과 평행한 방향에서 측정된 핑거 라인(42a)의 개수에 대하여, 단선부(S)를 구비한 핑거 라인(42a)의 개수의 비율이 0.33배 내지 1배일 수 있다. 이러한 범위 내에서 단선부(S)에 의한 효과를 최대화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상술한 개수 비율이 달라질 수 있다.
도면에서는 제1 전극 영역(EA1) 각각에 단선부(S)를 구비한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 제1 전극 영역(EA1) 중 일부에는 단선부(S)가 구비되고, 다른 부분에는 단선부(S)가 구비되지 않을 수 다. 제1 전극 영역(EA1)에서 제2 방향으로 볼 때 단선부(S)를 구비한 핑거 라인(42a)과 단선부(S)를 구비하지 않은 핑거 라인(42a)이 교번하여 위치하는 것을 예시하였다. 이에 의하면 제조 비용을 줄이고 광 손실을 줄이면서도 전류 이동 경로를 최적화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 단선부(S)를 구비한 핑거 라인(42a)과 단선부(S)를 구비하지 않은 핑거 라인(42a)의 배치가 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 도면 및 상술한 설명에서는 제1 전극(42)을 기준으로 도시 및 설명하였으나, 이러한 설명이 제2 전극(44)에 그대로 적용될 수 있다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지 패널
150: 태양 전지
42a: 핑거 라인
42b: 버스바
421: 라인부
422: 패드부
424: 외측 패드
426: 내측 패드
142: 배선재

Claims (20)

  1. 서로 교차하는 장축 및 단축을 가지는 반도체 기판;
    상기 반도체 기판의 일면에 형성되는 제1 도전형 영역;
    상기 반도체 기판의 타면에 형성되는 제2 도전형 영역;
    상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 전극은, 상기 장축과 평행한 제1 방향으로 위치하며 서로 평행한 복수의 핑거 라인 및 상기 단축과 평행한 제2 방향으로 위치하는 복수의 패드부를 포함하는 복수의 버스바를 포함하고,
    상기 복수의 패드부가 상기 제2 방향에서의 양측에 각기 위치하는 제1 외측 패드 및 제2 외측 패드를 포함하고,
    상기 제2 방향에서의 상기 반도체 기판의 폭에 대한 상기 제1 방향에서의 상기 버스바의 피치(pitch)의 비율이 0.35 이하인 태양 전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방향에서의 상기 반도체 기판의 폭에 대한 상기 제1 방향에서의 상기 버스바의 피치의 비율이 0.1 내지 0.35인 태양 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에서의 상기 반도체 기판의 길이에 대한 상기 제2 방향에서의 상기 반도체 기판의 폭의 비율이 0.2 내지 0.5인 태양 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 버스바가 6개 이상 구비되는 태양 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 버스바가 6개 내지 14개 구비되는 태양 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 외측 패드는, 상기 복수의 핑거 라인 중에서 상기 제2 방향에서의 최외곽 핑거 라인보다 각기 내측에 위치하는 태양 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 외측 패드와 상기 제2 외측 패드가 상기 태양 전지의 상기 제2 방향에서 대칭으로 위치하는 태양 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 패드부는 상기 제1 외측 패드와 상기 제2 외측 패드 사이에 위치하는 내측 패드를 더 포함하고,
    상기 버스바는 상기 복수의 패드부를 상기 제2 방향으로 연결하는 라인부를 더 포함하는 태양 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 핑거 라인이 배치되는 전극 영역은, 상기 복수의 버스바 중에서 이웃한 두 개의 버스바 사이에 위치한 제1 전극 영역과, 상기 복수의 버스바 중의 하나의 버스바와 상기 태양 전지의 단변 사이에 위치한 제2 전극 영역을 포함하고,
    상기 제1 전극 영역의 폭이 상기 제2 전극 영역의 폭보다 작은 태양 전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지는 절단면과 비절단면을 포함하고,
    상기 제1 또는 제2 도전형 영역, 또는 상기 제1 또는 제2 전극은, 상기 절단면과의 제1 간격이 상기 비절단면과의 제2 간격이 더 작은 태양 전지.
  12. 제1 및 제2 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지; 및
    상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지를 연결하며 라운드진 부분을 포함하는 복수의 배선재
    를 포함하고,
    상기 복수의 태양 전지 각각은, 서로 교차하는 장축 및 단축을 가지는 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 일면에 형성되는 제1 도전형 영역; 상기 반도체 기판의 타면에 형성되는 제2 도전형 영역; 상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극은, 상기 장축과 평행한 제1 방향으로 위치하며 서로 평행한 복수의 핑거 라인 및 상기 단축과 평행한 제2 방향으로 위치하는 복수의 패드부를 포함하는 복수의 버스바를 포함하고,
    상기 복수의 패드부가 상기 제2 방향에서의 양측에 각기 위치하는 제1 외측 패드 및 제2 외측 패드를 포함하며,
    상기 복수의 배선재가 상기 제2 방향을 따라 연장되고,
    상기 제2 방향에서의 상기 반도체 기판의 폭에 대한 상기 제1 방향에서의 상기 복수의 버스바 또는 상기 복수의 배선재의 피치(pitch)의 비율이 0.35 이하인 태양 전지 패널.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 방향에서의 상기 반도체 기판의 폭에 대한 상기 제1 방향에서의 상기 복수의 버스바 또는 상기 복수의 배선재의 피치의 비율이 0.1 내지 0.35인 태양 전지 패널.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 방향에서의 상기 반도체 기판의 길이에 대한 상기 제2 방향에서의 상기 반도체 기판의 폭의 비율이 0.2 내지 0.5인 태양 전지 패널.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 버스바 또는 상기 복수의 배선재가 6개 이상 구비되는 태양 전지 패널.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 버스바가 또는 상기 복수의 배선재가 6개 내지 14개 구비되는 태양 전지 패널.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 배선재가 코어층 및 상기 코어층의 외면에 위치하는 솔더층을 포함하고,
    상기 솔더층에 의하여 상기 복수의 배선재가 상기 복수의 패드부에 고정되는 태양 전지 패널.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 패드부에 인접한 부분에서 상기 솔더층의 폭이 상기 패드부를 향하면서 점진적으로 커지는 태양 전지 패널.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 태양 전지는 각기 상기 장축을 따라 형성되며 서로 평행한 제1 및 제2 장변과, 상기 단축을 따라 형성되며 서로 평행한 제1 및 제2 단변과, 상기 장축 및 상기 단축과 경사지게 형성되며 상기 제1 장변과 상기 제1 단변을 연결하는 제1 경사변 및 상기 제1 장변과 상기 제2 단변을 연결하는 제2 경사변을 포함하고,
    상기 제1 태양 전지의 상기 제1 장변과 상기 제2 태양 전지의 상기 제1 장변이 서로 마주보거나, 상기 제1 태양 전지의 상기 제2 장변과 상기 제2 태양 전지의 상기 제2 장변이 서로 마주보는 태양 전지 패널.
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